Technologie PCB - Principes de conception PCB pour réduire les interférences électromagnétiques

La conception de la compatibilité électromagnétique est étroitement liée à un circuit spécifique. Pour la conception de compatibilité électromagnétique, les concepteurs doivent minimiser le rayonnement (l'énergie RF qui fuit du produit) et augmenter sa résistance au rayonnement (l'énergie qui pénètre dans le produit). Sensibilité et résistance aux interférences. Pour un couplage commun par conduction à basse fréquence et un couplage commun par rayonnement à haute fréquence, une attention suffisante doit être accordée à la coupure des voies de couplage lors de la conception.

Principes de conception PCB

Avec le développement de la technologie électronique, le degré d'intégration de la carte de circuit imprimé et la fréquence du signal sont de plus en plus élevés, il est inévitable d'apporter des interférences électromagnétiques, de sorte que lors de la conception de PCB devrait suivre les principes suivants, le contrôle des interférences électromagnétiques de la carte de circuit imprimé dans une certaine gamme. Et améliore les performances globales du circuit.

1. Choix de la carte

La priorité absolue dans la conception de PCB est de choisir correctement la taille de la carte. En cas de surdimensionnement, le câblage entre les éléments sera trop long, ce qui augmentera l'impédance du circuit et réduira la capacité d'anti - interférence; Et cette taille conduirait à des composants trop petits. La disposition dense n'est pas propice à la dissipation de chaleur, le câblage est trop fin et trop dense, ce qui crée facilement une diaphonie. Par conséquent, une carte de taille appropriée doit être choisie en fonction des composants requis pour le système.

Carte de circuit imprimé

Les cartes sont divisées en panneaux simples, doubles et multicouches. Le choix du nombre de couches de la carte dépend des fonctions que le circuit doit remplir, de l'indice de bruit, du nombre de câbles de signal et de réseau, etc. un réglage raisonnable du nombre de couches peut réduire les problèmes de compatibilité électromagnétique du circuit lui - même.

Les principes de sélection habituels sont:

1. Lorsque la fréquence du signal est moyenne et basse fréquence, il y a moins d'éléments et lorsque la densité de câblage est faible ou moyenne, choisissez un côté ou deux côtés;

2. Panneau multicouche pour la densité élevée de fil de tissu, l'intégration élevée et plus de composants;

3. Pour les hautes fréquences, les circuits intégrés à grande vitesse et les circuits intégrés à grande vitesse, choisissez une carte à 4 couches ou plus. Lors de la conception de plaques multicouches, une seule couche peut être utilisée comme couche d'alimentation, couche de signal et couche de mise à la terre. La zone de boucle du signal diminue et le rayonnement de mode différentiel diminue. Ainsi, une carte multicouche peut réduire le rayonnement de la carte et améliorer la résistance aux interférences.

2. Disposition des composants de la carte

Après avoir déterminé les dimensions de la carte PCB, vous devez d'abord déterminer l'emplacement des composants spéciaux et, enfin, séparer tous les composants du circuit en blocs en fonction de l'unité fonctionnelle du circuit. L'unité de circuit numérique, l'unité de circuit analogique et l'unité de circuit d'alimentation doivent être séparées, de même que l'unité de circuit haute fréquence et l'unité de circuit basse fréquence. Les principes de mise en page des cartes de circuits courants sont les suivants.

1. Principes de détermination de la position des composants spéciaux:

1. L'élément chauffant doit être placé dans un endroit propice à la dissipation de chaleur, comme le bord du PCB, et loin de la puce du microprocesseur;

2. Les éléments spéciaux à haute fréquence doivent être placés à proximité les uns des autres pour raccourcir la connexion entre eux;

3. Les composants sensibles doivent être éloignés des sources de bruit telles que le générateur d'horloge, l'oscillateur, etc.;

4. La disposition des éléments réglables tels que les potentiomètres, les inductances réglables, les condensateurs variables, les interrupteurs à touches doit être conforme aux exigences de la structure complète de la machine, ce qui facilite l'ajustement;

5. Les composants plus lourds doivent être fixés à l'aide de supports;

6. Le filtre EMI doit être placé à proximité de la source EMI.

Disposition des composants du circuit imprimé

2. Principe de la disposition des éléments de parapluie de circuit selon l'unité fonctionnelle de circuit:

1. Chaque circuit fonctionnel doit déterminer la position correspondante en fonction du flux de signal entre eux pour faciliter le câblage;

2. Chaque circuit fonctionnel doit d'abord déterminer l'emplacement des composants de base et placer d'autres composants autour des composants de base et minimiser les connexions entre les composants;

3. Pour les circuits haute fréquence, les paramètres de distribution entre les éléments doivent être pris en compte;

4. Les composants placés sur le bord de la carte ne doivent pas être à moins de 2 mm du bord de la carte.

5. Les convertisseurs DC / DC, les tubes de commutation et les redresseurs doivent être placés le plus près possible du transformateur afin de réduire le rayonnement externe;

6. L'élément de régulation de tension et le condensateur de filtrage doivent être placés près de la diode de redressement.

3. Principe de câblage pour l'alimentation et la mise à la terre

Que le câblage entre l'alimentation du PCB et la terre soit raisonnable ou non est la clé pour réduire les interférences électromagnétiques sur toute la carte. La conception des câbles d'alimentation et de mise à la terre est un problème non négligeable dans les PCB et est souvent la conception la plus difficile. Les principes suivants doivent être respectés lors de la conception.

1. Conseils de câblage pour l'alimentation et la mise à la terre

Le câblage sur un PCB a des propriétés qui distribuent des paramètres tels que l'impédance, la tolérance et la sensibilité. Afin de réduire l'impact des paramètres de distribution de câblage PCB sur les systèmes électroniques à grande vitesse, le principe de câblage de l'alimentation et de la terre est le suivant:

1. Augmenter l'espacement des traces pour réduire la diaphonie du couplage capacitif;

2. La ligne d'alimentation et la ligne de masse doivent être câblées en parallèle pour optimiser la capacité de distribution;

3. Selon la taille du courant porteur, épaississez la largeur de la ligne d'alimentation et de la ligne de terre autant que possible, réduisez la résistance de la boucle, de sorte que la direction de la ligne d'alimentation et de la ligne de terre dans chaque circuit fonctionnel corresponde à la direction de transmission du signal, contribuant à améliorer la capacité anti - brouillage;

4. L'alimentation et la mise à la terre doivent être câblées directement au - dessus de l'autre afin de réduire l'inductance et de minimiser la zone de boucle et de minimiser le câblage de terre sous la ligne d'alimentation;

5. Plus le fil de terre est épais, mieux c'est, la largeur du fil de terre n'est généralement pas inférieure à 3 mm;

6, la ligne de terre forme une boucle fermée, réduit la différence de potentiel sur la ligne de terre et améliore la capacité anti - interférence;

7. Dans la conception de câblage multicouche, l'une des couches peut être utilisée comme « plan de masse complet», peut réduire l'impédance de mise à la terre tout en jouant un rôle de blindage.

Conseils de câblage d'alimentation et de mise à la terre

2. Conseils de mise à la terre pour chaque circuit fonctionnel

La méthode de mise à la terre de chaque circuit fonctionnel du PCB est divisée en un point de mise à la terre unique et en plusieurs points de mise à la terre. La mise à la terre à point unique est divisée en une mise à la terre en série à point unique et une mise à la terre en parallèle à point unique par forme de connexion, comme le montrent les figures 3 et 4. La mise à la terre en série à point unique est généralement utilisée pour protéger la terre, car les lignes de terre ont des longueurs différentes, l'impédance de la terre de chaque circuit est différente et les performances de compatibilité électromagnétique sont réduites. Un point unique en parallèle à la terre. Chaque circuit a sa propre ligne de terre, de sorte que les interférences mutuelles sont minimes, mais peuvent prolonger la ligne de terre et augmenter l'impédance de la terre. Il est généralement utilisé pour la mise à la terre du signal, la mise à la terre analogique et la mise à la terre de l'alimentation. La mise à la terre multipoint signifie que chaque circuit a un point de mise à la terre, comme illustré sur la figure 5. Les circuits haute fréquence utilisent souvent la masse multipoint, la ligne de masse est courte et l'impédance de la terre est faible pour réduire l'interférence du signal haute fréquence.

Afin de réduire les perturbations causées par la mise à la terre, la mise à la terre doit également répondre à certaines exigences:

1. La ligne de mise à la terre doit être aussi courte que possible et le sol doit être grand;

2. Évitez les boucles de mise à la terre inutiles et réduisez la tension d'interférence de la mise à la terre commune;

3. Le principe de la mise à la terre est d'utiliser différentes méthodes de mise à la terre pour différents signaux, il n'est pas possible que toutes les mises à la terre utilisent le même site de mise à la terre;

4. Lors de la conception d'un PCB multicouche, placez la couche d'alimentation et la couche de terre dans la couche adjacente autant que possible afin de former une capacité couche à couche dans le circuit et de réduire les interférences électromagnétiques;

5. Essayez d'éviter les signaux de courant forts et faibles, les signaux numériques et analogiques partagent une mise à la terre.

Techniques de mise à la terre pour chaque circuit fonctionnel

24 conseils pour réduire le bruit et les perturbations électromagnétiques:

(1) Les puces à basse vitesse peuvent être utilisées à la place des puces à grande vitesse. Puce haute vitesse pour les emplacements clés.

(2) Les résistances peuvent être connectées en série pour réduire le taux de saut des bords supérieur et inférieur du circuit de commande.

(3) essayez de fournir une certaine forme d'amortissement pour les relais, etc.

(4) Utiliser une horloge de fréquence minimale conforme aux exigences du système.

(5) générateur d'horloge aussi près que possible de l'appareil qui utilise l'horloge. Le boîtier de l'oscillateur à quartz doit être mis à la terre.

(6) entourez la zone d'horloge avec le fil de terre et faites le fil d'horloge aussi court que possible.

(7) le circuit de commande d’e / s doit être placé le plus près possible du bord de la plaque imprimée et être éloigné de celle - ci dès que possible. Les signaux entrant dans la plaque d'impression doivent être filtrés, tout comme les signaux provenant de zones à fort bruit. Dans le même temps, une série de résistances terminales doit être utilisée pour réduire la réflexion du signal.

(8) les bornes inutiles du MCD doivent être connectées au niveau haut, ou à la masse, ou définies comme des bornes de sortie, et les bornes qui doivent être connectées à la masse de l’alimentation électrique du circuit intégré doivent être connectées et ne doivent pas rester flottantes.

(9) les bornes d'entrée des circuits de grille inutilisés ne doivent pas rester flottantes. L'entrée positive d'un amplificateur opérationnel non utilisé doit être reliée à la masse et l'entrée négative à la sortie.

(10) pour les circuits imprimés, essayez d'utiliser une ligne de 45 plis au lieu de 90 pour réduire l'émission externe et le couplage des signaux à haute fréquence.

(11) Les plaques d'impression sont divisées en fonction de la fréquence et des caractéristiques de commutation du courant, et les composants bruyants et non bruyants doivent être plus éloignés l'un de l'autre.

(12) Les panneaux simples et doubles utilisent une alimentation à point unique et une mise à la terre à point unique. Les cordons d'alimentation et de mise à la terre doivent être aussi épais que possible. Si elle est économique, une carte multicouche peut être utilisée pour réduire l'inductance Capacitive de l'alimentation et de la masse.

(13) gardez les signaux de sélection d'horloge, de bus et de puce éloignés des lignes d'E / s et des connecteurs.

(14) Les lignes analogiques d'entrée de tension et les bornes de tension de référence doivent être placées aussi loin que possible des lignes de signal des circuits numériques, en particulier des horloges.

(15) pour les dispositifs A / D, la partie numérique et la partie analogique devraient être uniformes et non croisées.

(16) Les lignes d'horloge perpendiculaires aux lignes d'E / s sont moins perturbatrices que les lignes d'E / s parallèles et les broches des composants d'horloge sont éloignées des câbles d'E / S.

(17) les broches des éléments doivent être aussi courtes que possible et les broches des condensateurs de découplage aussi courtes que possible.

(18) Les lignes critiques doivent être aussi épaisses que possible et une mise à la terre de protection doit être ajoutée des deux côtés. Les lignes à grande vitesse doivent être courtes et droites.

(19) Les lignes sensibles au bruit ne devraient pas être connectées en parallèle avec des lignes de commutation à haute vitesse à courant élevé.

(20) ne pas câbler sous un cristal de quartz ou sous un équipement sensible au bruit.

(21) pour les circuits à signal faible, ne pas former de boucle de courant autour des circuits à basse fréquence.

(22) ne pas former de boucle dans le signal. Si cela est inévitable, rendez la zone de boucle aussi petite que possible.

(23) Un condensateur de découplage par circuit intégré. Un petit condensateur de dérivation haute fréquence doit être ajouté à chaque condensateur électrolytique.

(24) Utiliser des condensateurs au tantale de grande capacité ou des condensateurs de refroidissement Ju au lieu de condensateurs électrolytiques pour charger et décharger les condensateurs de stockage d'énergie dans les circuits électriques. Lorsque vous utilisez un condensateur tubulaire, le boîtier doit être mis à la masse.